Этапы развития микробиологической промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Основные этапы развития

1.1 Эвристический этап

1.2 Морфологический этап

1.3 Физиологический этап

1.4 Иммунологический этап

1.5 Молекулярно-генетический этап

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Микробиология (micros - малый, bios - жизнь, logos - учение) - наука, изучающая строение, функции, распространение и специфическую активность микроорганизмов (микробов). Большая часть этих организмов в диаметре не превышает 0,1 мм и поэтому невооруженным глазом невидима.

Микробы первыми заселили нашу планету, распространились во всех ее средах и, несмотря на исключительно малую величину, по массе протоплазмы значительно превосходят массу животных. Благодаря функционированию этих миниатюрных существ постоянно происходит круговорот веществ в природе, поддерживается жизнь растений и животных.

Длительная адаптация микробов к определенной среде обитания обусловила специфическую активность представителей микромира разных классов. В настоящее время их используют для обеззараживания газов при разработках каменного угля, для добычи цветных металлов, утилизации товарной упаковки, производства бумаги, очистки трубопроводов. Широкое применение микроорганизмы нашли в хлебопечении, виноделии, пивокурении, производстве молочнокислых продуктов, витаминов, лекарственных веществ, в производстве и консервировании кормов. Не случайно, поэтому большое значение придается всемирному развитию микробиологической промышленности.

1. Основные этапы развития

микробиологическая промышленность виноделие

Микробиология является довольно древней наукой, прошедшей длительный путь развития. Этот путь целесообразно разбить на 5 этапов, в зависимости от уровня и методов познания мира микробов: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический, молекулярно-генетический.

1.1 Эвристический этап

Связан с логическими и методическими приемами нахождения истины, т.е. эвристикой, чем с какими -- либо экспериментами и доказательствами. Мыслители того времени (Гиппократ, римский писатель Варрон и др.) высказывали предположения о природе заразных болезней, миазмах, мелких невидимых животных. Эти представления были сформулированы в стройную гипотезу спустя многие столетия в сочинениях итальянского врача Д. Фракасторо (1478-1553), высказавшего идею о живом контагии (contagium vivum), который вызывает болезни. При этом каждая болезнь вызывается своим контагием. Для предохранения от болезней им были рекомендованы изоляция больного, карантин, ношение масок, обработка предметов укусом. Таким образом, Д.Фракосторо был одним из основоположников эпидемиологии, т.е. науки о причинах, условиях и механизмах формирования заболеваний и способах их профилактики.

Однако доказательство существования невидимых возбудителей болезней стало возможным после изобретения микроскопа. [1]

Приоритет в открытии микроорганизмов принадлежит голландскому натуралисту-любителю Антонио Левенгуку (1632 - 1723). Торговец полотном А. Левенгук увлекался шлифованием стекол и довел это искусство до совершенства, сконструировав микроскоп, позволивший увеличивать рассматриваемые предметы в 300 раз. Изучая под микроскопом различные объекты (дождевую воду, настои, зубной налет, кровь, испражнения, сперму), он наблюдал мельчайших «животных», которых он назвал «анималькулюсами». Свои наблюдения А. Левенгук регулярно сообщал в Лондонское королевское общество, а в 1695 г. обобщил в книге «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком».

Таким образом, с изобретением микроскопа начинается следующий этап в развитии микробиологии, получивший название морфологического.

1.2 Морфологический этап

Начался с изобретения микроскопа голландским натуралистом-любителем Антонио Левенгуком в начале XVIII века. Его открытия (микромира и возможности наблюдения за ним) легли в основу исследований, выполненных многими учеными в XVIII - XIX веках. Так, русский врач-эпидемиолог Д.С.

Самойлович - организатор борьбы с эпидемиями чумы, желая показать природу заражения человека чумой, заразил себя содержимым бубона, взятого от больного. К счастью, он, как и другие самоотверженные исследователи, заражавшие себя инфекционными заболеваниями (И.И. Мечников, Г.Н. Минх), остался жив. Разработанные Самойловичем мероприятия по дезинфекции и изоляции больных оказались весьма эффективными в борьбе с эпидемиями и получили широкую известность во всем мире.

Бурное развитие микробиологии в XIX веке привело к открытию и описанию возбудителей инфекционных болезней, изучению которых посвятили свою жизнь многие ученые - эпидемиологи, инфекционисты, гигиенисты, бактериологи, врачи, паразитологи и др. Были открыты возбудители сибирской язвы (Ф. Брауэлл, Р.Кох, Л. Пастер, Л.С. Ценковский), чумы (Г.Н. Минх, Ш. Китазато, А. Иерсэн), дифтерии (Э. Клебс, Ф. Леффлер), дизентерии (Ж. Видаль, К. Шига, В. Крузе), холеры (Р. Кох, Н.Ф. Гамалея), туберкулеза (Р. Кох), брюшного тифа (К. Эберт, Г. Гаффки) и др. [2]

Среди выдающихся отечественных ученых, внесших огромный вклад в микробиологию инфекционных болезней, выделяется микробиолог Д.К. Заболотный. Он является автором первого отечественного учебника «Основы эпидемиологии», одним из основателей Международного общества микробиологов и по праву считается основоположником эпидемиологии. Д.К. Заболотный всегда принимал участие в ликвидации возникающих эпидемий. Входя в состав русских противочумных экспедиций в страны Азии и Европы, он получил научные доказательства существовавшей гипотезы о природной очаговости этой болезни и о роли ее переносчиков - диких грызунов.

Большой вклад внес Д.К. Заболотный в изучение эпидемий холеры и организацию борьбы с ней. Им установлены пути заноса холеры, роль бациллоносительства в распространении заболевания, изучена биология возбудителя в природе и разработаны эффективные методы диагностики холеры. Работы Д.К. Заболотного легли в основу санитарно-гигиенических, профилактических и лечебных мероприятий по борьбе с заразными болезнями человека.

В 1883 г. русский хирург Н.Д. Монастырский путем заражения животных из их ран выделил возбудителя столбняка. В 1896 г. Бельгийский бактериолог Ван Э. Эрменгем открыл возбудителя тяжелой токсикоинфекции - ботулизма.

В 1892 г. русский физиолог растений Д.И. Ивановский открыл вирусы (микроорганизмы, проходящие через фильтры, задерживающие бактерии). Идеи Ивановского сыграли решающую роль в последующих блестящих успехах вирусологии: были открыты возбудители большинства вирусных болезней человека, животных, растений и микроорганизмов. Но как наука вирусология сложилась лишь после изобретения электронного микроскопа, благодаря которому было открыто до 1000 болезнетворных вирусов, в том числе вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий СПИД.

1.3 Физиологический этап

Связан с именем великого французского ученого Луи Пастера, который фактически стал основоположником медицинской микробиологии, иммунологии и биотехнологии. В течение 1857-1885 гг. он сделал множество открытий, каждое из которых в отдельности прославило его имя:

Ш опровергнул теорию самозарождения жизни;

Ш открыл явление анаэробиоза (бескислородной жизни);

Ш доказал, что брожение - не химический процесс и его вызывают микроорганизмы;

Ш разработал основы дезинфекции, асептики и антисептики;

Ш предложил средство предохранения от болезней - метод вакцинации.

Пастер стал великим организатором научных исследований в области микробиологии, основав в 1888 г. ныне знаменитый на весь мир Пастеровский институт, построенный в Париже на народные средства. Об уровне этого института можно судить не только по тому, что в нем в разное время работали такие выдающиеся русские ученые, как И.И. Мечников (лауреат Нобелевской премии за разработку теории фагоцитоза) и С.Н. Виноградский (основоположник почвенной микробиологии), но и по факту открытия ВИЧ одним из его ученых - Монтанье. [3]

В этот период развития микробиологии были также заложены основные методические приемы работ с бактериальными культурами, разработаны способы их окраски анилиновыми красителями и микрофотографирования. Заслуга в этом принадлежит немецкому врачу Роберту Коху.

Кох открыл возбудителей холеры и туберкулеза(Mycobacterium tuberculosis). Возбудитель туберкулеза был назван палочкой Коха. Из него Кох получил препарат туберкулин, который хотел использовать для лечения больных туберкулезом. Однако на практике он себя не оправдал, зато оказался хорошим диагностическим средством и помог в создании ценных противотуберкулезных препаратов. Одним из таких препаратов явилась вакцина BCG, полученная французским микробиологом, учеником Пастера, Альбертом Капьметтом совместно с Шарлем Гереном. Кох и его ученики открыли также возбудителей дифтерии, столбняка, брюшного тифа, гонореи.

Развитие микробиологии тесно связано также с работами русских и советских ученых. Основоположником общей микробиологии в России следует назвать Льва Семеновича Ценковского (1822--1887), опубликовавшего свою работу "О низших водорослях и инфузориях», в которой установил близость бактерий и сине-зеленых водорослей. Он также создал вакцину против сибирской язвы, до настоящего времени успешно применяемую в ветеринарной практике.

1.4 Иммунологический этап

Илья Ильич Мечников (1845--1916) занимался вопросами медицинской микробиологии. Изучал взаимоотношения бактерии и «хозяина» и установил, что воспалительный процесс -- реакция организма на внедрившиеся микробы; разработал фагоцитарную теорию иммунитета. Мечников сформулировал общую теорию воспаления как защитную реакцию организма и создал новое направление в иммунологии -- учение об антигенной специфичности. В настоящее время оно приобретает все большее значение в связи с разработкой проблемы пересадки органов и тканей, изучения иммунологии рака. [4]

Развитие микробиологии тесно связано с именем крупнейшего ученого, друга и соратника И. И. Мечникова Н. Ф. Гамалея (1859-- 1949). Всю жизнь он посвятил изучению инфекционных болезней и разработке мер борьбы с их возбудителями. Он открыл возбудителя холероподобного заболевания птиц, разработал вакцину против холеры человека и оригинальный метод получения оспенной вакцины. Гамалея первый описал лизис бактерий под влиянием бактериофага.

(Холерный вибрион) Он организовал первую в России станцию по прививкам против бешенства, принимал участие в ликвидации оспы. Н. Ф. Гамалея является не только одним из основоположников медицинской микробиологии, но и иммунологии и вирусологии. [5]

Основоположником эпидемиологии считается д. К. Забологный (1866--1920). Он изучал чуму в Индии, Китае, Шотландии; холеру -- на Кавказе, Украине, в Петербурге. В результате им получены научные доказательства о роли диких грызунов как хранителей возбудителя чумы в природе. Им установлены пути заноса холеры, роль бациллоносительства в распространении заболевания, изучена биология возбудителя в природе и разработаны эффективные методы диагностики холеры.

С. Н. Виноградский (1856--1953) внес большой вклад в исследование физиологии серобактерий, нитрифицирующих и железобактерий; открыл хемосинтез у бактерий -- величайшее открытие ХIХ века. Виноградским изучены азотфиксирующие бактерии и открыт новый тип питания микроорганизмов -- автотрофизм. Ученый опубликовал более ЗОО научных работ, посвященных экологии и физиологии почвенных микроорганизмов. Его по праву считают отцом почвенной микробиологии.

Большой вклад в область технической микробиологии внесли В. Н. Шапошников Я. Я. Никитинский (1878--1941). Шапошников написал первый учебник по технической микробиологии, а труды Никитинского и его учеников положили начало развитию микробиологии консервного производства и холодильного хранения скоропортящихся пищевых продуктов.

Экологическое направление в микробиологии успешно развивалось Б. Л. Исаченко (1871--1948). Всеобщую известность приобрели его работы в области водной микробиологии. Он впервые исследовал распространение микроорганизмов в Северном Ледовитом океане и указал на их роль в экологических процессах и в круговоротах веществ в водоемах.

Ведущая роль в изучении изменчивостей микроорганизмов принадлежит работам Г. А. Надсона (1867--1940). Он впервые выделил в чистую культуру и исследовал зеленую бактерию, а также взаимоотношения между микроорганизмами (антагонизм, симбиоз). Научный интерес представляют работы ученого об участии микроорганизмов в круговоротах железа, серы и кальция. Он впервые указал на перспективы развития геологической микробиологии. Надсон допускал возможность сохранения жизнеспособности микроорганизмов в космосе, подчеркивая значение лучей короткой волны в изменении их наследственности и таким образом заложил основу космической микробиологии. [6]

В иммунологический период развития микробиологии был создан ряд теорий иммунитета:

гуморальная теория П. Эрлиха, фагоцитарная теория И. И. Мечникова, теория идиотипических взаимодействий Н. Ерне гипофизарно-гипоталамо-адреналовая теория регуляции иммунитета П. Ф. Здродовского и др. Однако наиболее приемлемой для объяснения многих явлений и механизмов иммунитета остается клонально-селекционная теория, созданная австралийским иммунологом Ф. Бернетом (1899.1986). Американский ученый С. Танегава разработал генетические аспекты этой теории.

Особенно бурное развитие получили микробиология и иммунология в 50-60-е годы нашего столетия. Этому способствовали следующие причины:

- важнейшие открытия в области молекулярной биологии, генетики, биоорганической химии;

- появление таких новых наук, как генетическая инженерия, биотехнология, информатика;

- создание новых методов и научной аппаратуры, позволяющих глубже проникать в тайны живой природы.

1.5 Молекулярно-генетический

Таким образом, с 50-х годов в развитии микробиологии и иммунологии начался молекулярно-генетический период, который характеризуется рядом принципиально важных научных достижений и открытий. К ним относятся:

Ш расшифровка молекулярной структуры и молекулярно - биологической организации многих вирусов и бактерий; открытие простейших форм жизни «инфекционного белка» приона;

Ш расшифровка химического строения и химический синтез некоторых антигенов.

Ш Например, химический синтез лизоцима, пептидов вируса СПИДа (Р.В.Петров, В. Т. Иванов);

Ш открытие новых антигенов, например опухолевых (Л. А. Зильбер и др.), антигенов гистосовместимости (HLA-система);

Ш расшифровка строения антител-иммуноглобулинов;

Ш разработка метода культур животных и растительных клеток и их выращивания в промышленных масштабах с целью получения вирусных антигенов;

Ш получение рекомбинантных бактерий и рекомбинантных вирусов. Синтез отдельных генов вирусов и бактерий. Получение рекомбинантных штаммов бактерий и вирусов, сочетающих свойства родительских особей или приобретающих новые свойства;

Ш создание гибридом путем слияния иммунных В-лимфоцитов. продуцентов антител и раковых клеток с целью получения моноклональных антител [Келлер Д., Милынтейн Ц., 1975];

Ш открытие иммуномодуляторов. иммуноцитокинов (интерлей-кины, интерфероны, миелопептиды и др.). эндогенных природных регуляторов иммунной системы и их использование для профилактики и лечения различных болезней;

Ш получение вакцин (вакцина гепатита В, малярии, антигенов ВИЧ и других антигенов), биологически активных пептидов (интерфероны, интерлейкины, ростовые факторы и др.) с помощью методов биотехнологии и приемов генетической инженерии;

Ш разработка синтетических вакцин на основе природных или синтетических антигенов и их фрагментов, а также искусственного носителя адъюванта (помощника) стимулятора иммунитета;

Ш изучение врожденных и приобретенных иммунодефицитов, их роли в иммунопатологии и разработка иммунокорригирующей терапии. Открытие вирусов, вызывающих иммунодефициты;

Ш разработка принципиально новых способов диагностики инфекционных и неинфекционных болезней (иммуноферментный, радиоиммунный анализы, иммуноблоттинг, гибридизация нуклеиновых кислот). Создание на основе этих способов тест-систем для индикации, идентификации микроорганизмов, диагностики инфекционных и неинфекционных болезней (опухоли, сердечно-сосудистые, аутоиммунные, эндокринные и др.), а также выявления нарушений при некоторых состояниях (беременность, переливание крови, пересадка органов и т.д.) [7]

Перечислены только наиболее крупные достижения молекулярно-генетического периода в развитии микробиологии и иммунологии. За это время был открыт ряд новых вирусов (возбудители геморрагических лихорадок Ласса, Мачупо; вирус, вызывающий СПИД) и бактерий (возбудитель болезни легионеров); созданы новые вакцинные и другие профилактические препараты (вакцины против кори, полиомиелита, паротита, клещевого энцефалита, вирусного гепатита В, полианатоксины против столбняка, газовой гангрены и ботулизма и др.), новые диагностические препараты.

Большой вклад в развитие микробиологии и иммунологии в этот период внесли зарубежные (Ф. Вернет, Д. Солк, А. Сэбин, Д. Села, Г. Эдельман, Р. Портер, Д. Келер, Ц. Милыитейн, Н. Ерне, С. Тонегава и др.) и отечественные (А. А. Смородинцев, В. Д. Тимаков, П. Ф. Здродовский, Л. А. Зильбер, В. М. Жданов, Г. В. Выгодчиков, 3. В. Ермольева, М. П. Чумаков, Р. В. Петров, П. Н. Косяков и др.) ученые.

Заключение

Благодаря развитию микробиологии установлена этиология и изучен патогенез большинства инфекционных болезней растений, животных, человека. Микробиология явилась колыбелью иммунологии. Современная иммунология не только обогатила арсенал специфических средств диагностики, профилактики инфекционных болезней, но и позволила четко сформулировать представление о механизмах поддержания гомеостаза с учетом межорганизменных связей и генеалогических аспектов эволюции живой природы.

Мир микробов обширен. В него включены одноклеточные простейшие, сине-зеленые водоросли, микроскопические грибы, актиномицеты, бактерии, микоплазмы, риккетсии и вирусы. Углубленное изучение микробов различных классов привело к формированию в пределах микробиологии таких самостоятельных наук, как бактериология, микологи, вирусология, риккетсиология, микоплазматология и т.п. Каждая из них детализирует наши знания биологии и роли определенного микрообъекта. Вместе с тем в зависимости от задач микробиология подразделяется на общую и отраслевые науки. Общая микробиология изучает общие функционально-морфологические закономерности микромира, тогда как отраслевые науки исследуют преимущественно прикладную роль микроорганизмов, Например, промышленная микробиология изучает технологические аспекты использования микробов в народном хозяйстве, сельскохозяйственная микробиология исследует роль микробов преимущественно в растениеводстве, медицинская и ветеринарная микробиологии изучают в основном значение микробов в патологии человека и животных, а, следовательно, и разрабатывают меры борьбы с возбудителями болезней.

Список использованной литературы

1. Гусев М.В., Л.А. Мишеева. Микробиология: учебник для студ. Биол. Специальностей вузов. - М.:Академия, 2008.- 8-е изд., стер. - 464с.

2. Емцев В.Т. Микробиология : учебник. - М.: Дрофа, 2005.- 444с.

3. Ленгелер Й., Древс Г., Шлегель Г. Современная микробиология. Прокариоты. - М.:Мир, 2005. - в 2-х томах.

4. Медицинская микробиология / Под ред. В.И. Покровского, О.К. Поздеева. - М.:Мир, 1998

5. Никитина Е.В. Микробиология / Е.В. Никитина, С.Н. Киямова, О.А. Решетник. - СПб:ГИОРД, 2009. - 360с.

6. Нетрусов А.И., Котова И.Б. Микробиология. - М.:Академия, 2006. - 352с.

7. Ручай Н.С., Конев С.В. Биохимия и микробиология: Учебное пособие для вузов. - М.: Экология , 1992. - 240с.

Размещено на Allbest.ru